CN112523954B - 扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，包括：底座、壳体、定子、转子、连杆及风叶，底座与壳体配合形成收容腔，定子及转子收容在收容腔中；连杆的一端与转子连接，另一端从收容腔延伸出壳体后与风叶连接；定子上设置有多个永磁体，定子通过第一复位弹簧与底座连接，第一复位弹簧为定子提供弹性回复力，以使得定子具有向转子远离的趋势；扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机还包括自适应调节组件，自适应调节组件收容在收容腔中且与连杆连接。本发明公开的扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，通过自适应调节机构调整定子与转子的耦合程度，以实现无源自趋式自适应调整扭矩，进而减小启动惯量，达到小风力启动。

Description

扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机。
背景技术
风力发电作为清洁能源，越来越得到青睐。风力发电的原理是：通过自然风力带动风车叶片旋转，并通过增速器将旋转的速度提升来促使发电设备发电。简而言之，风力发电是将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程。这个过程不需要燃料，也没有辐射，对空气和环境没有产生污染，是一种清洁能源。
如发明专利：扭矩可调式永磁变速风力发电装置，公开号为CN104500344A，记载的风力发电装置存在以下问题：
启动惯量较大，当风力过小时则风力无法启动风叶转动。即需要达到一定风力时风力发电装置才能启动工作并正常发电。这样就使得风力发电装置的使用范围较小，局限性较大。
当然，前述的公开号为CN104500344A的发明专利，通过设置牵引机构用以在风力较小时，将永磁体与第一输入转子的距离拉远，使永磁体与第一输入转子的吸力降低，以达到减小启动惯量的目的，进而减小发电装置的启动风力。但是，前述的公开号为CN104500344A的发明专利，其牵引机构包括：电动机、减速机、连杆等结构。这样就使得风力发电装置需要外加动力源，且使得风力发电装置的结构过于复杂，可靠性降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，通过自适应调节机构调整定子与转子的耦合程度，以实现无源自趋式自适应调整扭矩，进而减小启动惯量，达到小风力启动。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，包括：底座、壳体、定子、转子、连杆及风叶，所述底座与所述壳体配合形成收容腔，所述定子及所述转子收容在所述收容腔中；所述连杆的一端与所述转子连接，另一端从所述收容腔延伸出所述壳体后与所述风叶连接；
所述定子上设置有多个永磁体，所述定子通过第一复位弹簧与所述底座连接，所述第一复位弹簧为所述定子提供弹性回复力，以使得所述定子具有向所述转子远离的趋势；
所述扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机还包括自适应调节组件，所述自适应调节组件收容在所述收容腔中且与所述连杆连接；所述自适应调节组件驱动所述定子沿所述连杆滑动，以使得所述定子向所述转子靠近或远离。
在其中一个实施例中，所述自适应调节组件包括：若干个离心件及若干个与所述离心件一一对应的第二复位弹簧，若干个所述离心件通过所述第二复位弹簧与所述连杆的外壁连接；且，若干个所述离心件以所述连杆的中心轴为中心呈环形阵列分布；
所述自适应调节组件还包括活动套筒及连接轴承，所述连杆通过所述连接轴承与所述定子连接，且所述活动套筒与所述连接轴承连接；所述活动套筒套接在若干个所述离心件的外壁，且所述离心件的外壁与所述活动套筒的内壁抵持；所述离心件的外壁为倾斜面结构。
在其中一个实施例中，所述连杆开设有若干个收容槽，所述收容槽与所述第二复位弹簧一一对应；所述第二复位弹簧的一端与所述收容槽的槽底连接，另一端与所述离心件的内壁连接。
在其中一个实施例中，所述离心件的数量为四个。
在其中一个实施例中，所述第一复位弹簧套接在所述转子的外壁。
在其中一个实施例中，所述离心件的内壁为弧面结构，且所述离心件的弧面结构与所述连杆的外壁配合。
在其中一个实施例中，所述连接轴承为推力圆柱滚子轴承。
在其中一个实施例中，所述连接轴承具有第一止推垫片和第二止推垫片，所述第一止推垫片分别与所述活动套筒和所述连杆连接，所述第二止推垫片与所述定子连接。
本发明提供的扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，通过自适应调节机构调整定子与转子的耦合程度，以实现无源自趋式自适应调整扭矩，进而减小启动惯量，达到小风力启动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机的结构示意图(一)；
图2为本发明的扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机的结构示意图(二)；
图3为图1所示的离心件与第二复位弹簧的配合示意图(一)；
图4为图1所示的离心件与第二复位弹簧的配合示意图(二)；
图5为图1所示的活动套筒与连接轴承的配合示意图；
图6为定子与转子未耦合时的状态示意图；
图7为定子与转子部分耦合时的状态示意图；
图8为定子与转子完全耦合时的状态示意图；
图9为图8的部分结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1及图2所示，本发明提供一种扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10，包括：底座20、壳体30、定子40、转子50、连杆60及风叶70，底座 20与壳体30配合形成收容腔80，定子40及转子50收容在收容腔80中。连杆 60的一端与转子50连接，另一端从收容腔80延伸出壳体30后与风叶70连接。定子40上设置有多个永磁体(图未示)，定子40通过第一复位弹簧90与底座 20连接，第一复位弹簧90为定子40提供弹性回复力，以使得定子40具有向转子50远离的趋势。在本实施例中，定子40的侧壁装有不同极对数的永磁体，永磁体的N极、S极按照相间的规律进行排列。
如图1所示，具体的，扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10还包括自适应调节组件100，自适应调节组件100收容在收容腔80中且与连杆60连接；自适应调节组件100驱动定子40沿连杆60滑动，以使得定子40向转子50靠近或远离。
如图2及图3所示，具体的，自适应调节组件100包括：若干个离心件200 及若干个与离心件200一一对应的第二复位弹簧300。如图6、图7及图8所示，若干个离心件200通过第二复位弹簧300与连杆60的外壁连接；且，若干个离心件200以连杆60的中心轴为中心呈环形阵列分布。如图4所示，具体的，离心件200的外壁210为倾斜面结构。
如图2所示，具体的，自适应调节组件100还包括活动套筒400及连接轴承500，连杆60通过连接轴承500与定子40连接，且活动套筒400与连接轴承 500连接。如图9所示，活动套筒400套接在若干个离心件200的外壁210，且离心件200的外壁210与活动套筒400的内壁抵持。
如图9所示，具体的，连杆60开设有若干个收容槽610，收容槽610与第二复位弹簧300一一对应。第二复位弹簧300的一端与收容槽610的槽底连接，另一端与离心件200的内壁220(如图4所示)连接。
如图4所示，具体的，离心件200的数量为四个。当然，离心件200的数量不局限为四个。
如图6所示，具体的，第一复位弹簧90套接在转子50的外壁。
如图4及图6所示，具体的，离心件200的内壁220为弧面结构，且离心件200的弧面结构与连杆60的外壁配合。当第二复位弹簧300使得离心件200 向靠近连杆60的方向复位时，使离心件200的内壁220与连杆60的外壁充分地、紧密地贴合，从而使得离心件200稳定地贴合在连杆60的外壁，进而使得离心件200的复位准确、稳定，从而提高扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10的系统稳定性。
如图2及图9所示，具体的，连接轴承500为推力圆柱滚子轴承。连接轴承500具有第一止推垫片510和第二止推垫片520，其中第一止推垫片510分别与活动套筒400和连杆60连接，第二止推垫片520与定子40连接。
下面对扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10的工作原理进行说明(请一并参阅图1至图9)：
扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10在静止停机状态时，风叶70保持静止，同时连杆60也保持静止；此时，定子40在第一复位弹簧90的弹性力作用下向远离转子50的方向复位；即此时定子40与转子50并未耦合；在这种状态下，风叶70、连杆60及转子50从静止到转动不需要克服转子50与永磁体之间的吸力，从而使得扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10的启动惯量小，风力很小的情况下扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10即可启动；
本发明的扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10不需要另外增设动力源 (如电动机等)来调节扭矩，而是利用风作为动力源，并且利用扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10的连杆60的转动并结合定子40与转子50之间的耦合状态实现无源自趋式自适应调整扭矩，进而减小启动惯量，达到小风力启动，使得风力的使用范围大；
需要说明的是，扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10处于静止停机状态时，离心件200在第二复位弹簧300的弹性回复力作用下，向连杆60的中心轴方向聚拢(如图3所示)；
当风力从零逐渐增大时，风叶70逐渐加速转动，风叶70转动的同时带动连杆60转动，进而间接带动转子50转动；随着连杆60逐渐加速转动，离心件 200受到的离心力逐渐加大，从而离心件200逐渐向远离连杆60的中心轴方向散开；在此过程，离心件200的外壁210不断向活动套筒400的内壁施力；由于离心件200的外壁210为倾斜面结构，故使得活动套筒400不断沿离心件200 的外壁210下移，从而使得定子40整体沿连杆60向靠近转子50的方向移动并不断压缩第一复位弹簧90，进而使得定子40逐渐与转子50不断加深耦合；当然，当风力减小时，定子40与转子50之间的距离随之增大，故定子40与转子 50的耦合程度也随之减弱；即实现扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10的扭矩的无级自适应调节；
在此，需要特别说明的是，离心件200的外壁210的倾斜面结构设计的巧妙之处在于：通过离心件200的外壁210与活动套筒400的内壁的接触，使得离心件200的外壁210对活动套筒400的内壁具有一个沿连杆60的轴向的分力，从而使得活动套筒400具有沿连杆60向定子40靠近的趋势，进而使得活动套筒400、连接轴承500及定子40一同沿连杆60向靠近转子50的方向移动，实现定子40与转子50的无级自适应式耦合；而且，离心件200的外壁210的倾斜面结构设计，还使得离心件200的外壁210与活动套筒400的内壁的相对活动更加顺畅，进而使得扭矩无级自适应调节更加顺畅，确保了扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10的系统稳定性；
还需要说明的是，连杆60转动时，通过连接轴承500间接带动活动套筒400 转动，即活动套筒400与离心件200实现同步转动；在此过程中，定子40并不转动；即，离心件200与定子40的转动隔离通过连接轴承500来实现；这样的设计，一方面使得连杆60的转动需要克服的摩擦力(自适应调节组件100对连杆60的摩擦力)小，另一方面使得扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10 的零件的损伤程度低、使用寿命长，由此降低扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10的维护成本；
随着风力的减小，风叶70、连杆60及转子50的转速也随之降低；这样，离心件200所受到的离心力也减小，第二复位弹簧300也随之向收容槽610收缩复位，离心件200向连杆60的中心轴方向聚拢；在此过程中，定子40在第一复位弹簧90的弹性回复力作用下向远离转子50的方向复位，从而使得定子 40与转子50之间的耦合程度减弱；简而言之，本发明的定子40与转子50的耦合程度跟随风力的实时变化实现无级自适应调节，即扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10的扭矩跟随风力的实时变化实现无级自适应调节；
还需要说明的是，连杆60的收容槽610，使得第二复位弹簧300实现准确的复位，进而使得离心件200准确地向靠近连杆60的方向复位，由此提高扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机10的系统稳定性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，其特征在于，包括：底座、壳体、定子、转子、连杆及风叶，所述底座与所述壳体配合形成收容腔，所述定子及所述转子收容在所述收容腔中；所述连杆的一端与所述转子连接，另一端从所述收容腔延伸出所述壳体后与所述风叶连接；
所述定子上设置有多个永磁体，所述定子通过第一复位弹簧与所述底座连接，所述第一复位弹簧为所述定子提供弹性回复力，以使得所述定子具有向所述转子远离的趋势；
所述扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机还包括自适应调节组件，所述自适应调节组件收容在所述收容腔中且与所述连杆连接；所述自适应调节组件驱动所述定子沿所述连杆滑动，以使得所述定子向所述转子靠近或远离；
所述自适应调节组件包括：若干个离心件及若干个与所述离心件一一对应的第二复位弹簧，若干个所述离心件通过所述第二复位弹簧与所述连杆的外壁连接；且，若干个所述离心件以所述连杆的中心轴为中心呈环形阵列分布；
所述自适应调节组件还包括活动套筒及连接轴承，所述连杆通过所述连接轴承与所述定子连接，且所述活动套筒与所述连接轴承连接；所述活动套筒套接在若干个所述离心件的外壁，且所述离心件的外壁与所述活动套筒的内壁抵持；所述离心件的外壁为倾斜面结构；
所述连杆开设有若干个收容槽，所述收容槽与所述第二复位弹簧一一对应；所述第二复位弹簧的一端与所述收容槽的槽底连接，另一端与所述离心件的内壁连接。
2.根据权利要求1所述的扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，其特征在于，所述离心件的数量为四个。
3.根据权利要求1所述的扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，其特征在于，所述第一复位弹簧套接在所述转子的外壁。
4.根据权利要求2所述的扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，其特征在于，所述离心件的内壁为弧面结构，且所述离心件的弧面结构与所述连杆的外壁配合。
5.根据权利要求2所述的扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，其特征在于，所述连接轴承为推力圆柱滚子轴承。
6.根据权利要求5所述的扭矩无级自适应调节的永磁风力发电机，其特征在于，所述连接轴承具有第一止推垫片和第二止推垫片，所述第一止推垫片分别与所述活动套筒和所述连杆连接，所述第二止推垫片与所述定子连接。
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